【正文】 其它部分也很重要，它們?cè)诩?xì)節(jié)上影響代碼，并最終影響代碼的正確性、可靠性和健壯性。關(guān)于第 5 點(diǎn)，參考資料為具體芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)和使用手冊(cè)。關(guān)于第 2 點(diǎn)和第 4 點(diǎn)可以參考參考文獻(xiàn) [9]。這不單單是閱讀資料就可以實(shí)現(xiàn)的，還需要不斷地實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)。 移植 μ C/OSII 概述 要移植一個(gè)操作系統(tǒng)到一個(gè)特定的 CPU 體系結(jié)構(gòu)上并不是一件很容易的事情，它對(duì)移植者有以下要求： 1． 對(duì)目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)要有很深了解； 2． 對(duì) OS 原理要有較深入的了解； 3． 對(duì)所使用的編譯器要有較深入的了解； 4． 對(duì)需要移植的操作系統(tǒng)要有相當(dāng)?shù)牧私猓? 5． 對(duì)具體使用的芯片也要一定的了解。 支持的指令集 帶 T 變量的 ARM7 處理器核具有兩個(gè)指令集：標(biāo)準(zhǔn) 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集，兩種指令集有不同的應(yīng)用范圍。而系統(tǒng)模式除了是特權(quán)模式外，其它與用戶模式一樣，因而可選的給任務(wù)使用的模式只有用戶模式和系統(tǒng)模式。 關(guān)于 ARM7 處理器核的詳細(xì)情況參考參考文獻(xiàn)[11]。GCC 雖然支持廣泛，很多開發(fā)套件使用它作為編譯器，與 ADS 比較其編譯效率較低，這對(duì)充分發(fā)揮芯片性能很不利，所以最終使用 ADS 編譯程序和調(diào)試。據(jù)了解，目前在國內(nèi)最流行的是 SDT、 ADS 和 GCC。主要包括中斷級(jí)任務(wù)切換的底層實(shí)現(xiàn)、任務(wù)級(jí)任務(wù)切換的底層實(shí)現(xiàn)、時(shí)鐘節(jié)拍的產(chǎn)生和處理、中斷的相關(guān) 處理部分等內(nèi)容。由于μ C/OSII 是一個(gè)通用性的操作系統(tǒng)，所以對(duì)于關(guān)鍵問題上的實(shí)現(xiàn)，還是需要根據(jù)具體 CPU 的具體內(nèi)容和要求作相應(yīng)的移植。 4) 任務(wù)同步和通信部分 為事件處理部分，包括信號(hào)量、郵箱、郵箱隊(duì)列、事件標(biāo)志等部分；主要用于任務(wù)間的互相聯(lián)系和對(duì)臨界資源的訪問。 3) 時(shí)鐘部分 () μ C/OSII中的最小時(shí)鐘單位是 timetick（時(shí)鐘節(jié)拍）。包括任務(wù)的建立、刪除、掛起、恢復(fù)等等。能夠維持系統(tǒng)基本工作的部分都在這里。 C/OSII 的組成部分 μ C/OSII可以大致分成核心、任務(wù)處理、時(shí)間處理、任務(wù)同步與通信， CPU 的移植等 5個(gè)部分。 u C / O S 中的每一個(gè)任務(wù)都有獨(dú)立的堆?？臻g，并有一個(gè)稱為任務(wù)控制塊 TCB(Task Control Block)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中第一個(gè)成員變量就是保存的任務(wù)堆棧指針。 調(diào)度工作的內(nèi)容可以分為兩部分：最高優(yōu)先級(jí)任 務(wù)的尋找和任務(wù)切換。這種調(diào)度也稱為中斷級(jí)的上下文切換。 任務(wù)調(diào)度將在以下情況 下發(fā)生： 1） 高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)因?yàn)樾枰撤N臨界資源，主動(dòng)請(qǐng)求掛起，讓出處理器，此時(shí)將調(diào)度就緒狀態(tài)的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)獲得執(zhí)行，這種調(diào)度也稱為任務(wù)級(jí)的上下文切換。 uC/osII 的任務(wù)調(diào)度是完全基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度，也就是最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一旦處于就緒狀態(tài)，則立即搶占正在運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的處理器資源。 任務(wù)調(diào)度 uC/OSII 采用的是可剝奪型實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。 uC/OSII 中提供了 4種同步對(duì)象，分別是信號(hào)量，郵 箱，消息隊(duì)列和事件。釋放內(nèi)存時(shí)將該塊放回它以前所屬的分區(qū)，這樣能有效解決碎片問題，同時(shí)執(zhí)行時(shí)間也是固定的。每個(gè)分區(qū)中包含整數(shù)個(gè)大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間的內(nèi)存快大小可以不同。但在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，多次 這樣的操作會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片，且由于內(nèi)存管理算法的原因， malloc和 free 的執(zhí)行時(shí)間也是不確定。 uC/OSII 要求用戶在定時(shí)中斷的服務(wù)程序中，調(diào)用系統(tǒng)提供的與時(shí)鐘節(jié)拍相關(guān)的系統(tǒng)函數(shù)，例如中斷級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)，系統(tǒng)時(shí)間函數(shù)。 時(shí)間管理 uC/OSII 的時(shí)間管理是通過定時(shí)中斷來實(shí)現(xiàn)的，該定時(shí)中斷一般為 10毫秒或 100毫秒發(fā)生一次，時(shí)間頻率取決于用戶對(duì)硬件系統(tǒng)的定時(shí)器編程來實(shí)現(xiàn)。 uC/OSII 提供了任務(wù)管理的各種函數(shù)調(diào)用，包括創(chuàng)建任務(wù)，刪除任務(wù)，改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)，任務(wù)掛起和恢復(fù)等。 任務(wù)管理 uC/OSII 中最多可以支持 64 個(gè)任務(wù)，分別對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí) 0～ 63，其中 0 為最高優(yōu)先級(jí)。 uC/OSII 以源代碼的形式發(fā)布，但并不意味著它是開源軟件。但由于 uC/OSII 良好的可擴(kuò)展性和源碼開放，這些非必須的功能完全可以由用戶自己根據(jù)需要分別實(shí)現(xiàn)。 嚴(yán)格地說 uC/OSII只是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，它僅僅包含了任務(wù)調(diào)度，任務(wù)管理，時(shí)間 管理，內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信和同步等基本功能。μ C/OSII 具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)， 最小內(nèi)核可編譯至 2KB 。 CPU 硬件相關(guān)部分是用匯編語言編寫的、總量約 200 行的匯編語言部分被壓縮到最低限度，為的是便于移植到任何一種其它的 CPU 上。 μ C/OSII 的前身是μ C/OS，最早出自于 1992 年美國嵌入式系統(tǒng)專家 Jean 在《嵌入式系統(tǒng)編程》雜志的 5 月和 6 月刊上刊登的文章連載，并把μ C/OS 的源碼發(fā)布在該雜志的 B B S 上。 C/OSII 操作系統(tǒng) C/OSII 簡介 μ C/OSII是一種可移植的，可植入 ROM 的，可裁剪的，搶占式的，實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。通過對(duì)一個(gè)單元執(zhí)行兩次相同的寫操作可保證復(fù)位后數(shù)據(jù)的寫入。如果發(fā)生芯片復(fù)位，實(shí)際的 SRAM 內(nèi)容將不會(huì)反映最近一次的寫請(qǐng)求（即：在一次“熱”芯片復(fù)位后， SRAM 不會(huì)反映最后一次寫入的內(nèi)容）。回寫緩沖區(qū)總是保存著軟件發(fā) 送到 SRAM 的最后一個(gè)字節(jié)。 SRAM 支持 8 位、16 位和 32 位訪問。使用在應(yīng)用編程的應(yīng)用程序也可以在應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)對(duì) FLAH 進(jìn)行擦除和 /或編程，這樣就為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和現(xiàn)場(chǎng)固件的升級(jí)都帶來了極大的靈活性。該存儲(chǔ)器可用作代碼和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。 THUMB 代碼僅為 ARM 代碼規(guī)模的 65%，但其性能卻相當(dāng)于連接到 16 位存儲(chǔ)器系統(tǒng)的相同 ARM 處理器性能的 160%?；旧?， ARM7TDMIS 處理器具有兩個(gè)指令集： ? 標(biāo)準(zhǔn) 32 位 ARM 指令集 ? 16 位 THUMB 指令集 THUMB 指令集的 16 位指令長度使其可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) ARM 代碼兩倍的密度，卻仍然保持 ARM 的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)是使用 16 位寄存器的 16 位處理器所不具備的。 ARM7TDMIS 處理器使用了一個(gè)被稱為 THUMB 的獨(dú)特結(jié)構(gòu)化策略，它非常適用于那些對(duì)存儲(chǔ)器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產(chǎn)品的應(yīng)用。 由于使用了流水線技術(shù)，處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作。指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡單得多。 ARM7TDMIS 是通用的 32 位微處理器，它具有高性能和低功耗的特性。片內(nèi)外設(shè)與器件管腳的連接由管腳連接模塊控制。 VPB 外設(shè)也分配了 2M 字節(jié)的地址范圍，從 地址點(diǎn)開始。 LPC2214 的外設(shè)功能（中斷控制器除外）都連接到 VPB 總線。 AHB 外設(shè)分配了 2M 字節(jié)的地址范圍，它位于 4G 字節(jié) ARM 存儲(chǔ)器空間的最頂端。 ? ? 雙電源 ? ? － CPU 操作電壓范圍： ~ V( V+/－ %) ? ? － I/O 操作電壓范圍： ~ V( V+/－ 10%) LPC2214 包含一個(gè)支持仿真的 ARM7TDMIS CPU、與片內(nèi)存儲(chǔ) 器控制器接口的 ARM7 局部總線、與中斷控制器接口的 AMBA 高性能總線（ AHB）和連接片內(nèi)外設(shè)功能的 VLSI 外設(shè)總線（ VPB ， ARM AMBA 總線的兼容超集）。 ? ? 通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒。 ? ? 片內(nèi)晶振頻率范圍： 1~30 MHz?？膳渲脙?yōu)先級(jí)和向量地址。 ? ? 通過片內(nèi) PLL 可實(shí)現(xiàn)最大為 60MHz 的 CPU 操作頻率。 ? ? 2 個(gè) 32 位定時(shí)器（帶 4 路捕獲和 4 路比較通道）、 PWM 單元（ 6 路輸出）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門狗。 ? ? 嵌入式跟蹤宏單元（ ETM）支持對(duì)執(zhí)行代碼進(jìn)行無干擾的高速實(shí)時(shí)跟蹤。 ? ? EmbeddedICERT 接口使能斷點(diǎn)和觀察點(diǎn)。 ? ? 片內(nèi) Boot 裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（ ISP）和在應(yīng)用中編程（ IAP）。 128 位寬度接口 /加速器實(shí)現(xiàn)高達(dá) 60MHz 的操作頻率。 ? ? 16K 字節(jié)靜態(tài) RAM。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟 modern 以及其它各種類型的應(yīng)用。 在 64 腳的封裝中，最多可使用 46 個(gè) GPIO。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用 16 位 Thumb 模式將代碼規(guī)模降低超過 30%，而性能的損失卻很小。 嵌入式微處理器 LPC2214 簡介 LPC2214 是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的 16/32 位 ARM7TDMISTMCPU 的微控制器，并帶有 128/256 k 字節(jié) (kB)嵌入的高速 Flash 存儲(chǔ)器。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。目前，采用 ARM 技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（ IP）核的微處理器，即我們通常說的 ARM 微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于 ARM 技術(shù)的微處 理器應(yīng)用約占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器 75%以上的市場(chǎng)份額， ARM 技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各方面。 ARM 平臺(tái)簡介 ARM（ Adanced RISC Machines），是一個(gè)公司名字，也是一種處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)名字。 冬眠：任務(wù)完成或錯(cuò)誤等原因被清除的任務(wù)，也可以認(rèn)為是系統(tǒng)中不存 在的任務(wù)。 就緒：進(jìn)入任務(wù)等待隊(duì)列，通過調(diào)度轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的工作狀態(tài) 實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的任務(wù)有四種狀態(tài)：運(yùn)行（ Executing），就緒（ Ready），掛起（ Suspended），冬眠（ Dormant）。 任務(wù)換道時(shí)間（ Contextswitching time）：任務(wù)之間切換而使用的時(shí)間。在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中，多任務(wù)是一個(gè)普遍的要求。目前分時(shí)系統(tǒng)的強(qiáng)項(xiàng)在于多任務(wù)的管理，而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是具有系統(tǒng)的可確 定性，即系統(tǒng)能對(duì)運(yùn)行情況的最好和最壞等的情況能做出精確的估計(jì)。其中實(shí)時(shí)性是第一要求，需要調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，其次才著眼于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用效率，重要特點(diǎn)是要滿足對(duì)時(shí)間的限制和要求。根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性，實(shí)時(shí)是指物理進(jìn)程的真實(shí)時(shí)間。范圍極其廣闊，從最初的４位處理器，目前仍在大規(guī)模應(yīng)用的８位單片機(jī)，到最新的受到廣泛青睞的 32位， 64 位嵌入式 CPU。 一般而言，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架可以分成四個(gè)部分：處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出（ I/O）和軟件（由于多數(shù)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)都是緊密結(jié)合的，在這里我們對(duì)其不加區(qū)分，這也是嵌入式系統(tǒng)和 Windows 系統(tǒng)的最大區(qū)別）。 實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)外延極廣的名詞，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時(shí)很難以給它下一個(gè)準(zhǔn)確的定義。所以，如果能 建立相對(duì)通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個(gè)比較好的發(fā)展模式。例如 Palm之所以在 PDA 領(lǐng)域占有 70％以上的市場(chǎng)，就是因?yàn)槠淞⒆阌趥€(gè)人電子消費(fèi)品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而風(fēng)河的 Vxworks 之所以在火星車上得以應(yīng)用，則是因?yàn)槠涓邔?shí)時(shí)性和高可靠性。 嵌入式系 統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)的定義 定義可從幾方面來理解嵌入式系統(tǒng)： 嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢(shì)。 在中國嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，比較認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)概念是：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用 系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現(xiàn)了 Palm OS， WinCE，嵌入式 Linux， Lynx，Nucleux，以及國內(nèi)的 Hopen， Delta Os 等嵌入式操作系統(tǒng)。 90 年代以后，隨著對(duì)實(shí)時(shí)性要求的提高，軟件規(guī)模不斷上升，實(shí)時(shí)核逐漸發(fā)展為實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系 統(tǒng)（ RTOS），并作為一種軟件平臺(tái)逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。這些嵌入式操作系統(tǒng)都具有嵌入式的典型特點(diǎn)：它們均采用占先式的調(diào)度，響應(yīng)的時(shí)間很短，任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間可以確定；系統(tǒng)內(nèi)核很小，具有可裁剪，可擴(kuò)充和可移植性，可以移植到各種處理器上；較強(qiáng)的實(shí)時(shí)和可靠性，適合嵌入式應(yīng)用。確切點(diǎn)說，這個(gè)時(shí)候的操作系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)核，這個(gè)實(shí)時(shí)核包含了許多傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務(wù)管理、任務(wù)間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內(nèi)存管理等功能。之后在 80 年代初，Intel 又進(jìn)一步完善了 8048，在它的基礎(chǔ)上研制成功了 8051，這在單片機(jī)的歷史上是值得紀(jì)念的一頁，迄今為止， 51系列 的單片機(jī)仍然是最為成功的單片機(jī)芯片，在各種產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用。 提示：最早的單片機(jī)是 Intel 公司的 8048，它出現(xiàn)在 1976 年。 70年代單片機(jī)的出現(xiàn)，使得汽車、家電、工業(yè)機(jī)器、通信裝置以及成千上萬種產(chǎn)品可以通過內(nèi)嵌電子裝置來獲得更佳的使用性